CN105510033B - 圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置及接触副调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置及接触副调节方法，包括测量装置主体，测量装置主体包括测量装置上台面和测量装置下台面，测量装置上台面设置玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元，玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元带动弹流接触副旋转，圆锥滚子驱动单元连接加载单元、微调倾单元和平移单元，圆锥滚子接触位置由圆锥滚子定位单元确定，同时弹流接触副与光学测量单元相配合，各结构相互配合，结构位置设计合理，整体简单易行，生产制造成本低，提高工作效率，能够实现圆锥滚子轴承润滑油膜的精确测量，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于高副线接触弹流油膜润滑测量领域，尤其涉及圆锥滚子轴承在不同运动状态条件下的润滑油膜测量实验模拟装置及接触副调节方法。
背景技术
圆锥滚子轴承因具有承受复合载荷(既承受径向力又承受轴向力)的显着优点而广泛应用于工业领域的各个行业。在圆锥滚子轴承内，圆锥滚子与滚道之间产生线性接触，这种接触方式可以在较大面积上分配载荷，使得圆锥滚子轴承具有良好的承载能力。
目前，对圆锥滚子轴承润滑状态的数值模拟比较成熟。在实验研究方面多以台架实验的方式进行，而对圆锥滚子接触副润滑油膜的测量滞后于数值分析和应用实验研究，该方面的实验数据相对匮乏。限制这方面研究的技术问题包括两个方面：圆锥滚子在测量过程中的精确定位和圆锥滚子母线与平面完全接触的调节。实际上，圆锥滚子与其配合的平面进行接触时的位置具有特定性。另一方面，保证圆锥滚子的母线与平面的完全接触相当困难。
在现有的圆锥滚子润滑油膜测量装置中，并未给出上述两个技术问题的解决方案，这也是圆锥滚子润滑油膜测量数据不足的重要原因。因此，有必要克服以往测量装置中的技术缺陷，开发一种切实可行的实验装置对圆锥滚子润滑油膜进行准确测量，以对圆锥滚子润滑研究提供实验数据支持。
发明内容
针对现有测量技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置及接触调节方法，能够在圆锥滚子与平面准确接触的条件下对润滑油膜进行测量，提高测量数据的准确度和重复性。
本发明的技术方案：一种圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置，包括测量装置主体，测量装置主体包括测量装置上台面和测量装置下台面，测量装置上台面设置玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元，玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元带动弹流接触副旋转，圆锥滚子驱动单元连接加载单元、微调倾单元和平移单元，圆锥滚子接触位置由圆锥滚子定位单元确定，同时弹流接触副与光学测量单元相配合；所述玻璃圆盘驱动单元包括玻璃圆盘回转单元和盘驱电机，玻璃圆盘回转单元通过同步带与盘驱电机相连，盘驱电机由盘驱电机支座支撑，盘驱电机支座设置在测量装置上台面下方；所述圆锥滚子驱动单元包括圆锥滚子，圆锥滚子一端的圆锥滚子大端顶轴通过联轴器连接圆锥滚子驱动电机，另一端圆锥滚子小端顶轴安装在微调倾单元上，移动微调倾单元带动圆锥滚子小端顶轴移动夹紧圆锥滚子，所述微调倾单元包括圆锥滚子驱动电机支座上的调倾顶板，调倾顶板上设置微调螺杆，微调螺杆顶紧调倾板，调倾板可绕调倾轴倾斜，调倾板上设置圆锥滚子小端顶轴，圆锥滚子小端顶轴顶紧圆锥滚子后在微调螺杆作用下带动圆锥滚子微角度倾斜，所述加载单元包括差动螺纹驱动装置，差动螺旋驱动装置由空心套筒、差动螺杆粗牙螺帽、细牙螺帽、弹簧、传感器、上扣盖和加载帽组成，粗牙螺帽固定安装在空心套筒的下开口端，差动螺杆、细牙螺帽、弹簧、传感器、上扣盖和加载帽依次设置在空心套筒内，且差动螺杆的下端伸出空心套筒的下开口端，加载帽的上端伸出空心套筒的上开口端，差动螺杆的粗螺纹段与粗牙螺帽配合，差动螺杆细螺纹段与细牙螺帽配合，通过旋转差动螺杆带动细牙螺帽向上移动，细牙螺帽的移动推动弹簧，弹簧推动上扣盖移动，上扣盖上连接传感器，传感器上连接加载帽，加载帽与关节轴承内轴匹配，关节轴承内轴与关节轴承内圈匹配，关节轴承内圈可相对于关节轴承外圈旋转，还包括设置在圆锥滚子驱动电机支座后端的配重螺杆，配重螺杆与配重砝码匹配，所述平移单元包括平移板和支撑轴，平移板上设置螺纹前座，螺纹前座与平移螺杆连接，平移螺杆另一端与螺纹后座连接，螺纹后座与测量装置上台面固定连接，支撑轴与平移轴承连接，测量装置上台面设有轨道槽，平移轴承在测量装置上台面的轨道槽内移动，所述圆锥滚子定位单元包括标定盘，标定盘上设有缺口，缺口前端设有圆弧，电机支座铰接在平移板上表面，空心套筒的上开口端穿过测量装置上台面固定连接在平移板下表面，加载帽穿出平移板与关节轴承内轴匹配，关节轴承外圈与电机支座底部上的孔连接。
一种接触副调节方法，包括以下步骤：
（1）圆锥滚子接触位置的确定：确定圆锥滚子8的圆锥角θ及圆锥滚子8小端半径r2，采用公式d= r2/sinθ计算出圆锥滚子小端与玻璃圆盘回转中心之间的距离d，选择标定盘缺口位置，选择标定盘9的缺口46位置；
（2）圆锥滚子的装夹与位置调节：将圆锥滚子8的大端与圆锥滚子大端顶轴14配合，移动微调倾单元6使圆锥滚子小端顶轴17夹紧圆锥滚子8，然后驱动加载单元5使圆锥滚子8与玻璃圆盘45发生初步接触，最后驱动平移单元7将圆锥滚子8调节到接触位置；
（3）圆锥滚子的加载：调整配重砝码37的位置对接触载荷置零，旋转手轮46驱动加载单元5，加载到实验所需的载荷；
(4) 接触状态的调节：旋转微调螺杆20对圆锥滚子8的接触状态进行微调节，先理论计算出给定均匀载荷下圆锥滚子8小端和圆锥滚子8大端的接触半径，然后调节微调倾单元6，调节后对照圆锥滚子8小端和圆锥滚子8大端接触半径与理论值的差别，经过反复调节后可使圆锥滚子8处于均匀受载状态；
（5）驱动：盘驱电机12和圆锥滚子驱动电机16分别驱动玻璃圆盘45回转
主轴圆锥滚子8，实现玻璃圆盘45和圆锥滚子8的回转；
（6）测量分析：利用CCD图像传感器捕获圆锥滚子8的润滑过程，用图像
处理软件分析得出圆锥滚子8和玻璃圆盘45之间的润滑油膜厚度。
本发明的技术方案包括测量装置主体，测量装置主体包括测量装置上台面和测量装置下台面，测量装置上台面设置玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元，玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元带动弹流接触副旋转，圆锥滚子驱动单元连接加载单元、微调倾单元和平移单元，圆锥滚子接触位置由圆锥滚子定位单元确定，同时弹流接触副与光学测量单元相配合，各结构相互配合，结构位置设计合理，整体简单易行，生产制造成本低，提高工作效率，能够实现圆锥滚子轴承润滑油膜的精确测量，实用性强。
本发明所述玻璃圆盘驱动单元包括玻璃圆盘回转单元和盘驱电机，玻璃圆盘回转单元通过同步带与盘驱电机相连，盘驱电机由盘驱电机支座支撑，盘驱电机支座设置在测量装置上台面下方，透过玻璃圆盘能够直接观测和拍摄到接触副的润滑过程，结构设计简单合理，节约占用空间，降低功率损失，节约成本，实用性强。
本发明所述圆锥滚子驱动单元包括圆锥滚子，圆锥滚子一端的圆锥滚子大端顶轴通过联轴器连接圆锥滚子驱动电机，另一端圆锥滚子小端顶轴安装在微调倾单元上，移动微调倾单元带动圆锥滚子小端顶轴移动夹紧圆锥滚子，结构设计简单合理，实用性强。
本发明所述微调倾单元包括圆锥滚子驱动电机支座上的调倾顶板，调倾顶板上设置微调螺杆，微调螺杆顶紧调倾板，调倾板可绕调倾轴倾斜，调倾板上设置圆锥滚子小端顶轴，圆锥滚子小端顶轴顶紧圆锥滚子后在微调螺杆作用下带动圆锥滚子微角度倾斜，调倾板的设计使装置使用范围更广，结构设计简单合理，实用性强。
本发明所述调倾顶板加工凹槽，圆锥滚子驱动电机支座上加工凸起，凸起在凹槽移动，凸起与凹槽的配合简单易行，提高结构的稳定性，加工制造简单，实用性强。
本发明所述加载单元包括差动螺纹驱动装置，差动螺旋驱动装置由差动螺杆、粗牙螺帽、细牙螺帽、弹簧、传感器、上扣盖和加载帽组成，加载帽与关节轴承内轴匹配，关节轴承内轴与关节轴承内圈匹配，关节轴承内圈可相对于关节轴承外圈旋转，还包括设置在圆锥滚子驱动电机支座后端的配重螺杆，配重螺杆与配重砝码匹配，结构设计简单合理，各部分结构协调工作，提高工作的稳定性和精确性，实用性强。
本发明所述平移单元包括平移板，平移板上设置前螺纹前座，螺纹前座与平移螺杆连接，平移螺杆另一端与螺纹后座连接，螺纹后座与测量装置上台面固定连接，平移板采用螺纹形式，平移时运动平稳，工作稳定性好，实用性强。
本发明所述圆锥滚子定位单元包括标定盘，标定盘上设有缺口，缺口前端设有圆弧，能够实现装置的精确测量，提高稳定性，结构简单，实用性强。
本发明所述平移单元还包括支撑轴，支撑轴与平移轴承连接，测量装置上台面设有轨道槽，平移轴承在测量装置上台面的轨道槽内移动，平移时稳定性好，结构设计简单，实用性强。
有益效果：
采用圆锥滚子定位单元和微调倾单元对圆锥滚子接触位置进行精确定位和对接触状态的微调整，进而捕获圆锥滚子在不同运行工况下的润滑油膜厚度，分析圆锥滚子的润滑状态，该方法提供了一种圆锥滚子接触副的精确控制方法，测量数据准确、测量结果重复性强，便于对圆锥滚子润滑状态进行定量分析研究。
附图说明
图1是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的结构示意图；
图2是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的圆锥滚子驱动单元右视立体图结构示意图；
图3是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的平移单元立体图结构示意图；
图4是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的圆锥滚子驱动单元左视立体图结构示意图；
图5是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的加载单元剖视结构示意图；
图6是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的玻璃圆盘回转单元立体图结构示意图；
图7是本发明的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的标定盘结构示意图。
1-测量装置上台面；2-测量装置下台面；3-玻璃圆盘驱动单元；4-圆锥滚子驱动单元；5-加载单元；6-微调倾单元；7-平移单元；8-圆锥滚子；9-标定盘；10-光学测量单元；11-玻璃圆盘回转单元；12-盘驱电机1；13-盘驱电机支座；14-圆锥滚子大端顶轴；15-联轴器；16-圆锥滚子驱动电机；17-圆锥滚子小端顶轴；18-调倾板；19-调倾顶板；20-微调螺杆；21-调倾轴；22-凸起；23-圆锥滚子驱动电机支座；24-凹槽；25-差动螺纹驱动装置；26-差动螺杆；27-粗牙螺帽；28-细牙螺帽；29-弹簧；30-传感器；31-上扣盖；32-加载帽；33-关节轴承内轴；34-关节轴承内圈；35-关节轴承外圈；36-配重螺杆；37-配重砝码；38-平移板；39-螺纹前座；40-平移螺杆；41-螺纹后座；42-支撑轴；43-平移轴承；44-轨道槽；45-玻璃圆盘；46-缺口。
具体实施方式
本发明的技术方案为：一种圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置，包括测量装置主体，测量装置主体包括测量装置上台面1和测量装置下台面2，测量装置上台面1设置玻璃圆盘驱动单元3和圆锥滚子驱动单元4，玻璃圆盘驱动单元3和圆锥滚子驱动单元4带动弹流接触副旋转，圆锥滚子驱动单元4连接加载单元5、微调倾单元6和平移单元7，同时弹流接触副与光学测量单元10相配合，所述玻璃圆盘驱动单元3包括玻璃圆盘回转单元11、玻璃圆盘45和盘驱电机12，玻璃圆盘回转单元11通过同步带与盘驱电机12相连，盘驱电机12由盘驱电机支座13支撑，盘驱电机支座13设置在测量装置上台面1下方，所述圆锥滚子驱动单元4包括圆锥滚子8，圆锥滚子8接触位置由圆锥滚子定位单元确定，圆锥滚子8一端的圆锥滚子大端顶轴14通过联轴器15连接圆锥滚子驱动电机16，另一端圆锥滚子小端顶轴17安装在微调倾单元6上，移动微调倾单元6带动圆锥滚子小端顶轴17移动夹紧圆锥滚子8，所述微调倾单元6包括圆锥滚子驱动电机支座23上的调倾顶板19，调倾顶板19上设置微调螺杆20，微调螺杆20顶紧调倾板18，调倾板18可绕调倾轴21倾斜，调倾板18上设置圆锥滚子小端顶轴17，圆锥滚子小端顶轴17顶紧圆锥滚子8后在微调螺杆20作用下带动圆锥滚子8微角度倾斜，所述调倾顶板19加工凹槽24，圆锥滚子驱动电机支座23上加工凸起22，凸起22在凹槽24中移动，所述加载单元5包括差动螺纹驱动装置25和手轮46，差动螺旋驱动装置25由差动螺杆26、粗牙螺帽27、细牙螺帽28、弹簧29、传感器30、上扣盖31和加载帽32组成，加载帽32与关节轴承内轴33匹配，关节轴承内轴33与关节轴承内圈34匹配，关节轴承内圈34可相对于关节轴承外圈35旋转，还包括设置在圆锥滚子驱动电机支座23后端的配重螺杆36，配重螺杆36与配重砝码37匹配，所述平移单元7包括平移板38，平移板38上设置螺纹前座39，螺纹前座39与平移螺杆40连接，平移螺杆40另一端与螺纹后座41连接，螺纹后座41与测量装置上台面1固定连接，所述圆锥滚子定位单元包括标定盘9，标定盘9上设有缺口46，缺口46前端设有圆弧，所述平移单元7还包括支撑轴42，支撑轴42与平移轴承43连接，测量装置上台面1设有轨道槽44，平移轴承43在测量装置上台面1的轨道槽44内移动。
一种接触副调节方法，包括以下步骤：（1）圆锥滚子接触位置的确定：确定圆锥滚子8的圆锥角θ及圆锥滚子8小端半径r2，采用公式d= r2/sinθ计算出圆锥滚子小端与玻璃圆盘回转中心之间的距离d，选择标定盘缺口位置，选择标定盘9的缺口46位置；（2）圆锥滚子的装夹与位置调节：将圆锥滚子8的大端与圆锥滚子大端顶轴14配合，移动微调倾单元6使圆锥滚子小端顶轴17夹紧圆锥滚子8，然后驱动加载单元5使圆锥滚子8与玻璃圆盘45发生初步接触，最后驱动平移单元7将圆锥滚子8调节到接触位置；（3）圆锥滚子的加载：调整配重砝码37的位置对接触载荷置零，旋转手轮46驱动加载单元5，加载到实验所需的载荷；(4)接触状态的调节：旋转微调螺杆20对圆锥滚子8的接触状态进行微调节，先理论计算出给定均匀载荷下圆锥滚子8小端和圆锥滚子8大端的接触半径，然后调节微调倾单元6，调节后对照圆锥滚子8小端和圆锥滚子8大端接触半径与理论值的差别，经过反复调节后可使圆锥滚子8处于均匀受载状态；（5）驱动：盘驱电机12和圆锥滚子驱动电机16分别驱动玻璃圆盘45回转主轴圆锥滚子8，实现玻璃圆盘45和圆锥滚子8的回转；（6）测量分析：利用CCD图像传感器捕获圆锥滚子8的润滑过程，用图像处理软件分析得出圆锥滚子8和玻璃圆盘45之间的润滑油膜厚度。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置，其特征在于：包括测量装置主体，测量装置主体包括测量装置上台面和测量装置下台面，测量装置上台面设置玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元，玻璃圆盘驱动单元和圆锥滚子驱动单元带动弹流接触副旋转，圆锥滚子驱动单元连接加载单元、微调倾单元和平移单元，圆锥滚子接触位置由圆锥滚子定位单元确定，同时弹流接触副与光学测量单元相配合；所述玻璃圆盘驱动单元包括玻璃圆盘回转单元和盘驱电机，玻璃圆盘回转单元通过同步带与盘驱电机相连，盘驱电机由盘驱电机支座支撑，盘驱电机支座设置在测量装置上台面下方；所述圆锥滚子驱动单元包括圆锥滚子，圆锥滚子一端的圆锥滚子大端顶轴通过联轴器连接圆锥滚子驱动电机，另一端圆锥滚子小端顶轴安装在微调倾单元上，移动微调倾单元带动圆锥滚子小端顶轴移动夹紧圆锥滚子，所述微调倾单元包括圆锥滚子驱动电机支座上的调倾顶板，调倾顶板上设置微调螺杆，微调螺杆顶紧调倾板，调倾板可绕调倾轴倾斜，调倾板上设置圆锥滚子小端顶轴，圆锥滚子小端顶轴顶紧圆锥滚子后在微调螺杆作用下带动圆锥滚子微角度倾斜，所述加载单元包括差动螺纹驱动装置，差动螺旋驱动装置由空心套筒、差动螺杆、粗牙螺帽、细牙螺帽、弹簧、传感器、上扣盖和加载帽组成，粗牙螺帽固定安装在空心套筒的下开口端，差动螺杆、细牙螺帽、弹簧、传感器、上扣盖和加载帽依次设置在空心套筒内，且差动螺杆的下端伸出空心套筒的下开口端，加载帽的上端伸出空心套筒的上开口端，差动螺杆的粗螺纹段与粗牙螺帽配合，差动螺杆细螺纹段与细牙螺帽配合，通过旋转差动螺杆带动细牙螺帽向上移动，细牙螺帽的移动推动弹簧，弹簧推动上扣盖移动，上扣盖上连接传感器，传感器上连接加载帽，加载帽与关节轴承内轴匹配，关节轴承内轴与关节轴承内圈匹配，关节轴承内圈可相对于关节轴承外圈旋转，还包括设置在圆锥滚子驱动电机支座后端的配重螺杆，配重螺杆与配重砝码匹配，所述平移单元包括平移板和支撑轴，平移板上设置螺纹前座，螺纹前座与平移螺杆连接，平移螺杆另一端与螺纹后座连接，螺纹后座与测量装置上台面固定连接，支撑轴与平移轴承连接，测量装置上台面设有轨道槽，平移轴承在测量装置上台面的轨道槽内移动，所述圆锥滚子定位单元包括标定盘，标定盘上设有缺口，缺口前端设有圆弧，电机支座铰接在平移板上表面，空心套筒的上开口端穿过测量装置上台面固定连接在平移板下表面，加载帽穿出平移板与关节轴承内轴匹配，关节轴承外圈与电机支座底部上的孔连接。
2.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置，其特征在于：所述调倾顶板加工凹槽，圆锥滚子驱动电机支座上加工凸起，凸起在凹槽中移动。
3.一种利用权利要求1-2任一项所述的圆锥滚子轴承润滑油膜测量模拟装置的接触副调节方法，包括以下步骤：
（1）圆锥滚子接触位置的确定：确定圆锥滚子的锥度角θ及圆锥滚子小端半径r2，采用公式d= r2/sinθ计算出圆锥滚子小端与玻璃圆盘回转中心之间的距离d，选择标定盘缺口位置；
（2）圆锥滚子的装夹与位置调节：将圆锥滚子的大端与圆锥滚子大端顶轴配合，移动微调倾单元使圆锥滚子小端顶轴夹紧圆锥滚子，然后驱动加载单元使圆锥滚子与玻璃圆盘发生初步接触，最后驱动平移单元将圆锥滚子调节到接触位置；
（3）圆锥滚子的加载：调整配重砝码的位置对接触载荷置零，旋转手轮驱动加载单元，加载到实验所需的载荷；
(4) 接触状态的调节：旋转微调螺杆对圆锥滚子的接触状态进行微调节，先理论计算出给定均匀载荷下圆锥滚子小端和圆锥滚子大端的接触半径，然后调节微调倾单元，调节后对照圆锥滚子小端和圆锥滚子大端接触半径与理论值的差别，经过反复调节后可使圆锥滚子处于均匀受载状态；
（5）驱动：玻璃圆盘驱动电机和圆锥滚子驱动电机分别驱动玻璃圆盘回转主轴圆锥滚子，实现玻璃圆盘和圆锥滚子的回转；
（6）测量分析：利用CCD图像传感器捕获圆锥滚子的润滑过程，用图像处理软件分析得出圆锥滚子和玻璃圆盘之间的润滑油膜厚度。
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2015
- 2015-12-28 CN CN201510989615.6A patent/CN105510033B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN101458068A (zh) * | 2008-12-27 | 2009-06-17 | 青岛理工大学 | 微型滑块轴承润滑油膜测量仪及其滑块调节方法 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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